курсовик по сау 2012

ФГОУ ВПО

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ-УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»

Кафедра «Электрооборудование и энергосбережение»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

АВТОМАТИЗАЦИЯ

СИСТЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

по дисциплине «СУТПиТП»

Проверил преподаватель

Комаристая Л.С.

Выполнил студент

Сечина Д.С.

Группа 41-ТХ

Оценка__________________________

Дата ____________________________

Орел, 2012

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………3

1 Схема и основные характеристики технологической установки…………..5

2 Составление функциональной схемы автоматизации технологической установки…………………………………………………………………………6

3 Построение кривой разгона объекта по каналу регулирования, выбор типа регулятора………………………………………………………………………..8

4 Определение пригодности регулятора и параметров его настроек………..12

5 Анализ АСР на устойчивость по критериям устойчивости Гурвица и Михайлова………………………………………………………………………15

5.1 Определение устойчивости системы по критерию Гурвица……………..17

5.2 Проверка устойчивости САУ по критерию Михайлова…………………18

6 Определение запаса устойчивости АСР по фазе……………………………21

Заключение……………………………………………………………………...24

Список литературы……………………………………………………………..26

ВВЕДЕНИЕ.

Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения средств и систем управления производственным процесом. Автоматика является основой автоматизации.

Автоматизация – этап развития машинного производства, который характеризуется освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций техническим устройствам.

Управление производственным процессом – это такое воздействие на него, которое обеспечивает оптимальный или заданный режим работы. Объект управления – управляемый производственный процесс. Совокупность технических средств, используемых для управления, и производственного персонала, который принимает в нем непосредственного участие, образует совместно с объектом систему управления.

Процесс управления складывается из следующих основных функций, которые выполняются системой управления:

- получение измерительной информации о состоянии производственного процесса как объекта управления;

- переработка полученной информации и принятии решения о необходимом воздействии на объект для достижения целей управления;

- реализация принятого решения, т.е. непосредственное воздействие на производственный процесс.

Средство измерений – это средство, предназначенное для получения информации о состоянии объекта управления.

Среди автоматических систем наиболее распространены автоматические системы регулирования (АСР). АСР предназначены для поддержания заданных значений технологических параметров, которые характеризуют состояние производственного процесса как объекта регулирования. С появлением новых технических средств в практику автоматизации вошел новый тип систем управления – автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Широкое внедрение автоматизации пищевых производств позволяет повысить эффективность технологических процессов и обеспечить полную сохраность натуральных свойств исходного сырья, которое поступает на переработку.

1. СХЕМА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

Рисунок 1.1 – Схема хлебопекарной печи

Регулируемые параметры: температура дымовых газов, подаваемых в центральную зону пекарной камеры.

Контролируемые параметры температура, давление газа.

Сушка (высушивание) материалов состоит в удалении влаги из влажных материалов путем ее диффузии из твердого материала и испарения.

Необходимость удаления влаги из материала может быть обусловлена разными причинами, например:

Влажный продукт может портиться при хранении, так как влага вредно воздействует на товарные свойства некоторых материалов: слеживание, смерзание в зимнее время, образование плесени.

2. СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Функциональная схема автоматизации (ФСА) дает представление о функционально - блочной структуре системы автоматического управления – регулирования, сигнализации, защиты технологического процесса или установки и определяет объем оснащения установки (объекта) аппаратурной автоматики. На ФСА изображены: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации (датчики, регулирующие и контролирующие приборы, элементы управления, вычислительные устройства и пр.).

В зоне щитов и пультов условно изображают установленные средства автоматизации. От них линии связи идут к элементам схемы установки. Приборы и средства, установленные вне щитов, - местные приборы.

Рисунок 2 – Функциональная схема автоматизации регулирования и контроля температуры и давления газа.

В соответствие с заданием для регулирования и контроля температуры и давления газа в технологической установке на выходе из топки установлен измеритель температуры (поз. 4-1), имеющий сдвоенный чувствительный элемент (сдвоенная термопара), один из которых подключен ко вторичному прибору, установленному на щите (поз. 4-2), осуществляющий показание и запись температуры, а другой – к электрическому регулятору (поз. 4-3), имеющему датчик (поз. 4-4), не встроенный в регулятор. Исполнительным механизмом (поз. 4-5) можно управлять вручную с помощью кнопок управления (поз. 4-5) можно управлять вручную с помощью кнопок управления (поз. 3-1) через переключатель режима работы – ручное – автоматическое (поз. 3-2). Исполнительный механизм изменяет подачу газа в топку. Для контроля давления на выходе в топку установлен датчик давления (поз. 2-1), который подключен ко вторичному прибору на щите (поз. 2-2), осуществляющему показание давление газа и имеющему задатчик (поз. 2-3) и сигнализацию (поз. 2-4) для обеспечения техники безопасности. Измеритель температуры подаваемого газа (поз. 1-1) подключен к прибору, установленному на щите (поз. 1-2), осуществляющему показания и запись температуры.

3. ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ РАЗГОНА ОБЪЕКТА ПО КАНАЛУ РЕГУЛИРОВАНИЯ, ВЫБОР ТИПА РЕГУЛЯТОРА

Исходные данные для построения кривой разгона объекта по каналу регулирования сведены в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п	Возмущение Х, % Р.О.	Относительное время кривой разгона tотн											Показатели качества процесса регулирования
		0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
		данные эксперимента – отклонение параметра yэ(t)											y1	yост	yр.отн
4	25	0	0,8	2,6	6,6	8,8	9,6	9,8	9,9	10	10,1	10,1	45	10	1,6

Абсолютное значение времени определяется по формуле:

,

где t_пер. – время переходного процесса, указанное для технологической установки.

Кривую разгона объекта строим в единицах регулируемой величины по формуле:

,

где – отклонение по кривой разгона,

– отклонение параметра по таблице 1.

Результаты пересчета t и у сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Параметр	Значение
tотн	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Xэ (t)	0	0,8	2,6	6,6	8,8	9,6	9,8	9,9	10	10,1	10,1
t(М)	0	1,2	2,4	3,6	4,8	6	7,2	8,4	9,6	10,8	12
X(t)	0,00	0,95	3,09	7,84	10,46	11,41	11,64	11,76	11,88	12,00	12,00

По данным таблицы строим кривую разгона объекта (рисунок 3).

Рисунок 3 – Кривая разгона

На кривой разгона объекта проводим касательную к точке перегиба и определяем графически динамические и установившиеся параметры объекта:

t=0,5 мин,

Т=4,65 мин,

у_¥=12.

Затем рассчитываем вспомогательные параметры:

;

По номограмме выбираем закон регулирования.

Рисунок 4 – Номограмма

Согласно координаты точки (R_g, t/Т) и ближайшей к ней кривой – это

П – регулятор.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИГОДНОСТИ РЕГУЛЯТОРА И ПАРАМЕТРОВ ЕГО НАСТРОЕК

После того, как мы выбрали закон регулирования определяем время регулирования t_р и остаточное отклонение.

Время регулирования t_р определяем по номограмме t_р/t=f(t/Т) (рисунок 5).

Рисунок 5 – Номограмма t_р/t=f(t/Т)

К оси абсцисс в точке с соответствующим значением t/Т восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с графиком П – регулятора. По оси ординат определяем величину «С» отношения t_р/t, тогда время регулирования t_р определяем по формуле:

;

Затем проверяем неравенство:

;

Так как_. , следовательно, регулятор выбран верно.

По графику (рисунок 6) определяем графически остаточное отклонение.

Рисунок 6 – Номограмма

А=0,116;

1,4<10;

Закон регулирования П – регулятора имеет вид:

;

Определяем параметры настроек регулирования по формуле:

;

5. АНАЛИЗ АСР НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПО КРИТЕРИЯМ УСТОЙЧИВОСТИ ГУРВИЦА И МИХАЙЛОВА.

Анализируемая АСР задана исходной структурной схемой, рисунок 7.

f(p)

Рисунок 7. Структурная схема.

Заменяем параметры передаточных функций их числовыми значениями из таблицы 3.

Таблица 3.

Параметры звена	k1	T1	1	k01	k2	T2	2	k02	k3	3	k4	T4	4
	8	1	1.2	0	0.4	0.	0.2	1	0.9	0	0.5	0,7	0,5

Формулы передаточных функций имеют вид:

Записываем передаточную функцию замкнутой АСР по управлению W_з.у.(Р) и возмущению Ф_f(P):

5.1ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ ПО КРИТЕРИЮ ГУРВИЦА.

Для определения устойчивости системы по Гурвицу приравниваем к 0 знаменатель передаточной функции по уравнению:

В общем виде:

При положительных коэффициентах критерий Гурвица сводится к проверке неравенства:

Так как выполняется данное условие, следовательно система автоматического управления устойчива.

Определяем критический коэффициент усиления разомкнутой системы по формуле:

;

5.2 ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ САУ ПО КРИТЕРИЮ МИХАЙЛОВА.

Для проверки САУ по критерию Михайлова в характеристическом уравнении для замкнутой системы заменяем оператор дифференцирования Р на jw, полученное комплексное число представляем в алгебраической форме записи:

Изменяя значение w от 0 до  определяем значение функции и строим график на комплексной плоскости. На первоначальном этапе определяем точки пересечения годографа Михайлова с действительной и мнимой осями.

1) ;

2) ;

;

.

Изменяя значение w определяем U(w) и V(w), полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

W	0	0.5	1.0	1.5	1.7	2.0	2.3	2.5	3.0
U(w)	1,44	0.0475	-5.06	-16.67	-24.118	-39.44	-61.0857	-79.8725	-146.34
V(W)	0	2.308	3.038	1.152	-0.374	-3.308	-6.612	-8.680	-11.142

По данным таблицы строим годограф, рисунок 8.

Анализируя годограф Михайлова делаем следующие выводы:

САУ по критерию Михайлова устойчива, так как при показателе степени характеристического уравнения n=5 кривая обходит в положительном направлении 3 квадрата.

Определенный по графику коэффициент максимального усиления k_max= - 47,3

K_Д– коэффициент усиления, K_Д =4,5

K_З – коэффициент запаса устойчивости, K_З = 15,30

Сравнения его со значением, определенным по критерию Гурвица, мы видим, что они равны:

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСАУСТОЙЧИВОСТИ АСР ПО ФАЗЕ.

Для определения запаса устойчивости по фазе воспользуемся критерием Михайлова – Найквиста. Для этого в периодической функции разомкнутой системы:

Выпишем отдельно числитель и разделим его на вещественную и мнимую составляющие, заменив P на jw:

A=jw²+2,45+1,44

U_A(w) =4,44

jV_A(w) =jw+2.45w

Амплитудно-частотную характеристику численно найдем по формуле:

Фазово-частотную характеристику численно найдем по формуле:

φ_A(w) = -arctg V_A(w)/U_A(w) = -arctg 2.45w/1.44;

Выпишем знаменатель и так же разделим его на вещественную и мнимую части:

B= 0.12·jw⁴-0.64·jw³+1.12jw²+3.45jw+1.44;

U_B(w) =1.12w²+0.12w⁴;

jV_B(w) =3.45·jw-0.64jw³;

Амплитудно-частотную характеристику определим по формуле:

_;

Чтобы система была устойчива, необходимо, чтобы логарифмические частотные характеристики разомкнутой системы удовлетворяли следующему требованию: необходимо и достаточно, чтобы при всех частотах, при которых ЛАЧХ положительна, значения фазы не превышали «-π».

Так как передаточная функция системы содержит интегрирующее звено , то эта система является статической и кривая зависимости никогда не пересечет «-π», то есть система заведомо устойчива.

Фазово-частотную характеристику определим по формуле

φ_B(w) = -arctg V_B(w)/U_B(w) = -arctg (3.45jw-0.64·w³)/(1.44-1.12·w²+0.12w⁴);

;

;

φ(w) = -Π/2-[ arctg φ_A(w)+ arctg φ_B(w)]

φ(w) = -Π/2-[ arctg 2.45jw/1.44+ arctg (3.45jw-0.64jw³)/( 1.44-

-1.12w²+0.12w⁴)]

W	1	1,25	1,75	2	2,5	3	3,5	3,75
lgW	0	0,096	0.243	0,301	0,397	0,477	0,544	0,574
20lgA(w)	2,507	-0,038	-4,437	-6,24	-9,258	-11,713	-13,78	-14,701
Φ(w)	0	-0.469	-0,86	-0,941	-1,034	-1,086	-1,12	-1,134

4	4,5	5
0,602	0,653	0,698
-15,562	-17,129	-18,527
-1,145	-1,164	-1,179

Изменяя значение w от 0 до  рассчитываем значение действительной и мнимой составляющих. Результаты вычислений сводим в таблицу 5.

По данным таблицы строим годограф, рисунок 9.

Проведя прямую из начала координат до пересечения кривой с окружностью единичного радиуса, определяем угол φ между кривой и осью абсцисс. Полученное численное значение равно запасу устойчивости системы по фазе:

φ=1,31 рад =75

Рисунок 9 – Запас устойчивости по фазе

По графику определяем запас устойчивости по фазе

Δφ=2,25 рад = 128,916°, больше 30° - следовательно система является устойчивой.